intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng vật liệu kỹ thuật Điện-Điện tử: Chương 1

Chia sẻ: Phan Thi Ngoc Giau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST
Báo xấu
137
lượt xem 20
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dòng điện là sự chuyển dịch có trật tự các điện tích dưới tác động của điện tường. Dòng điện xuất hiện trong vật chất bị ảng hưởng bởi điện áp, khi đó dưới tác dụng của lực điện từ trường sẽ tạo các trạng thái chuyển động một cách có trật tự

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng vật liệu kỹ thuật Điện-Điện tử: Chương 1

  1. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 1 VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN (VLDÑ) CHÖÔNG 1 1.1. Caùc quaù trình vaät lí trong VLDÑ vaø caùc tính chaát cuûa chuùng 1.1.1 Caùc khaùi nieäm cô baûn veà chaát daãn ñieän Doøng ñieän laø söï chuyeån dòch coù traät töï cuûa caùc ñieän tích döôùi taùc ñoäng cuûa ñieän tröôøng. Doøng ñieän xuaát hieän trong vaät chaát bò aûnh höôûng bôûi ñieän aùp, khi ñoù döôùi taùc duïng cuûa löïc ñieän tröôøng seõ taïo ra caùc traïng thaùi chuyeån ñoäng moät caùch coù traät töï cuûa caùc ñieän tích coù trong vaät chaát. Nhö vaäy ñieàu kieän caàn thieát ñeå coù doøng ñieän ôû baát kyø vaät chaát naøo chính laø söï toàn taïi caùc ñieän tích töï do. Nhöng tuøy thuoäc vaøo baûn chaát thieân nhieân cuûa caùc haït mang ñieän coù trong vaät chaát, hieän töôïng daãn ñieän ñöôïc quan saùt coù nhöõng söï khaùc bieät raát khaùc nhau. Nhöõng daïng daãn ñieän chuû yeáu goàm: - Tính daãn ñieän ñieän töû: Haït mang ñieän laø nhöõng ñieän tích aâm, chính xaùc hôn laø caùc ñieän töû. Tính daãn ñieän naøy laø ñaëc tính daãn ñieän cuûa kim loaïi vaø baùn daãn ñieän töû. - Tính daãn ñieän ion hay phaân li: Haït mang ñieän laø nhöõng ion, coù theå laø caùc ñieän tích döông hoaëc aâm cuûa phaân töû hay nguyeân töû. Söï chuyeån dòch cuûa caùc ñieän tích daãn ñeán hieän töôïng ñieän phaân. - Tính daãn ñieän ñieän di(thöôøng thaáy ôû ñieän moâi loûng): Vaät chaát mang ñieän laø nhöõng nhoùm ñieän tích cuûa phaân töû (hay molion). Söï toàn taïi cuûa doøng ñieän trong vaät chaát daãn ñeán hieän töôïng ñieän chuyeån. Chaát daãn ñieän laø vaät chaát maø ôû traïng thaùi bình thöôøng coù caùc ñieän tích töï do. Neáu ñaët nhöõng vaät lieäu naøy vaøo trong moät tröôøng ñieän, caùc ñieän tích seõ chuyeån ñoäng theo höôùng nhaát ñònh cuûa tröôøng vaø taïo thaønh doøng ñieän. Vaät lieäu daãn ñieän coù theå laø caùc vaät lieäu ôû theå raén, loûng vaø trong moät soá tröôøng hôïp ñaëc bieät coù theå laø caû ôû theå khí. *Caùc vaät lieäu ôû theå raén: Goàm kim loaïi, hôïp kim vaø moät soá bieán theå cuûa cac-bon (than kyõ thuaät ñieän). Kim loaïi daãn ñieän chia laøm 2 loaïi: Loaïi coù ñieän daãn cao vaø loaïi coù ñieän trôû cao. Loaïi coù ñieän daãn cao ñöôïc duøng laøm daây daãn; loõi caùp, cuoän daây cuûa maùy bieán aùp vaø maùy ñieän, cuoän daây soùng, anot cuûa caùc ñeøn phaùt coù coâng suaát lôùn… Kim loaïi, hôïp kim coù ñieän trôû cao ñöôïc duøng trong caùc duïng cuï nung baèng ñieän trôû nhö ñeøn thaép saùng, bieán trôû… *Vaät lieäu daãn ñieän ôû theå loûng: Goàm kim loaïi loûng (noùng chaûy) vaø caùc dung dòch ñieän phaân (ôû nhieät ñoä phoøng coù theå keå thuûy ngaân Hg). Cô caáu cuûa söï daãn ñieän cuûa kim loaïi (daïng raén vaø daïng loûng) laø do söï di chuyeån cuûa caùc ñieän töû töï do, do ñoù caùc vaät lieäu naøy coù ñieän daãn ñieän töû (thöôøng ñöôïc goïi laø vaät lieäu daãn ñieän loaïi 1) Caùc chaát ñieän phaân (thöôøng goïi laø vaät lieäu daãn ñieän loaïi 2) nhö caùc dung dòch axit, bazô, muoái … cô caáu cuûa söï daãn ñieän cuûa loaïi naøy laø do söï di chuyeån cuûa caùc ion, Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  2. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 2 heä quaû laø caùc thaønh phaàn cuûa chaát ñieän phaân thay ñoåi daàn daàn vaø treân caùc ñieän cöïc xuaát hieän caùc saûn phaåm ñieän phaân. Taát caû caùc chaát khí (keå caû khí kim loaïi) trong ñieän tröôøng yeáu khoâng phaûi laø chaát daãn ñieän. Tuy nhieân neáu ñieän tröôøng vöôït quaù moät giaù trò naøo ñoù (laøm xuaát hieän caùc hieän töôïng ion do va ñaäp vaø ion hoùa quang) thì chaát khí coù theå trôû thaønh chaát daãn ñieän coù caû tính daãn ñòeân töû vaø tính daãn ion. Chaát khí bò ion hoùa maïnh coù soá electron vaø ion döông trong moät ñôn vò theå tích baèng nhau trôû thaønh moät moâi tröôøng ñaëc bieät goïi laø plazma. Kim loaïi ñöôïc xem nhö moät heä thoáng caáu taïo töø caùc ion döông naèm trong moâi tröôøng caùc ñieän töû töï do, chuùng quyeát ñònh nhieàu tính chaát ñaëc tröng cuûa kim loaïi. -Söùc huùt giöõa caùc ion döông vaø caùc ñieän töû taïo neân tính nguyeân khoái cuûa kim loaïi. -Ñaët kim loaïi vaøo ñieän tröôøng ngoaøi, caùc ñieän töû chaïy theo moät höôùng taïo ra doøng ñieän (tính daãn ñieän cuûa kim loaïi). -Khi nung noùng kim loaïi, dao ñoäng nhieät cuûa caùc ion döông taêng laøm caûn trôû ñieän töû chuyeån ñoäng neân ñieän trôû kim loaïi taêng. -Söï truyeàn ñoäng naêng cuûa caùc ñieän töû töï do vaø caùc ion döông taïo neân tính daãn nhieät cuûa kim loaïi. -Caùc ñieän töû khi haáp thuï naêng löôïng aùnh saùng seõ bò kích thích leân möùc cao hôn, khi trôû veà noù phaùt ra naêng löôïng döôùi daïng böùc xaï. Söï khaùc nhau giöõa 2 möùc naêng löôïng ñaëc tröng cho taàn soá aùnh saùng phaûn xaï neân moãi kim loaïi coù maøu rieâng (aùnh kim). -Tính deûo cuûa kim loaïi ñöôïc giaûi thích laø do caùc ñieän töû töï do baûo ñaûm moái lieân keát kim loaïi khoâng bò bieán ñoåi khi caùc nguyeân töû (ion döông) dòch chuyeån vò trí töông ñoái vôùi nhau. - Moät soá kim loaïi coù ñoä töø thaåm töø, coù tính chaát noùng chaûy (ñieåm noùng chaûy cuûa hôïp kim khaùc vôùi ñieåm noùng chaûy kim loaïi taïo ra noù), coù tính giaõn nôû nhieät. -Kim loaïi coù tính choáng laïi söï aên moøn cuûa hôi nöôùc, oxy cuûa khoâng khí ôû nhieät ñoä thöôøng. -Hôïp kim laø saûn phaåm cuûa söï naáu chaûy 2 hay nhieàu nguyeân toá maø nguyeân toá chuû yeáu laø kim loaïi coøn moät löôïng nhoû laø aù kim. Ngöôøi ta thay theá kim loaïi nguyeân chaát baèng hôïp kim vì kim loaïi coù tính deûo, ñoä beàn thaáp, ñieän trôû nhoû vaø thay ñoåi theo nhieät ñoä, coù heä soá giaõn nôû nhieät lôùn neân khoâng duøng trong caùc cô caáu maùy chính xaùc. -Kim loaïi coù tính chaát cô hoïc: Noù coù khaû naêng choáng laïi taùc duïng cuûa löïc ngoaøi, noù coù tính chaát coâng ngheä nhö tính caét goït, tính haøn, reøn, ñuùc…. 1.1.2 Söï daãn ñieän cuûa kim loaïi Kim loaïi mang tính daãn ñieän töû, khaùc vôùi tính daãn i-on laø khoâng coù söï chuyeån dòch nhìn thaáy trong vaät chaát khi coù doøng ñieän chaûy qua. Maëc duø trong kim loaïi coù moät soá löôïng lôùn caùc ñieän tích chaûy qua trong moät thôøi gian daøi nhöng khoâng phaùt hieän baát kyø söï thay ñoåi naøo veà khoái löôïng cuõng nhö Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  3. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 3 thay ñoåi veà caáu taïo hoùa hoïc (khoâng keå tôùi söï oâxi hoùa kim loaïi); caùc electron naèm ôû khoâng gian giöõa caùc nuùt tinh theå; chuùng dao ñoäng moät caùch hoãn loaïn, toác ñoä cuûa chuùng phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä. Kích thöôùc cuûa caùc electron khoâng ñaùng keå so vôùi kích thöôùc nguyeân töû laïi caøng khoâng ñaùng keå so vôùi khoaûng caùch trung bình giöõa caùc nguyeân töû; nhö vaäy caùc electron trong möùc ñoä naøo ñoù coù theå xem nhö laø caùc phaân töû khí. Vì theá ñoâi khi chuùng ñöôïc goïi laø khí ñieän töû. Khi kim loaïi khoâng bò taùc duïng cuûa ñieän tröôøng ngoaøi thì söï phaân boá toác ñoä chuyeån ñoäng nhieät cuûa caùc electron ( vt ) theo caùc höôùng coù xaùc suaát nhö nhau, doøng ñieän khoâng toàn taïi khi khoâng coù ñieän tröôøng ngoaøi (hình 1.1). Hình 1.1 Chuyeån ñoäng cuûa caùc electron khi khoâng coù ñieän tröôøng ngoaøi. Neáu kim loaïi ñöôïc ñaët trong moät ñieän tröôøng ngoaøi E thì moãi electron seõ chòu taùc ñoäng cuûa moät löïc: F = e.E Caùc electron chuyeån ñoäng vôùi moät gia toác ngöôïc höôùng ñieän tröôøng E (hình 1.2) vaø baèng: F eE a= = m m Trong ñoù e = -1,6.10 -19 (C) ; m=9,1.10-31 (kg) Hình 1.2 Caùc electron chuyeån ñoäng ngöôïc höôùng ñieän tröôøng. Qua thôøi gian t keå töø khi baét ñaàu chuyeån ñoäng vaän toác electron ñaït ñöôïc: eEt ve = a.t = m Toác ñoä chung cuûa electron baèng toång cuûa vt vaø ve. Caùc electron va chaïm vôùi caùc nguyeân töû ôû nuùt tinh theå, sau moãi laàn va chaïm vaän toác giaûm veà 0, sau ñoù laïi taêng leân vôùi gia toác a. Goïi t0 laø thôøi gian chuyeån ñoäng töï do khoâng va chaïm cuûa electron. Khi ñoù toác ñoä cöïc ñaïi cuûa electron laø: Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  4. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 4 eEt 0 vemax = m Vaän toác trung bình: eEt 0 eEl vetb = = 2vt m 2m Vôùi t0 = l/vt ; l : ñoä daøi böôùc töï do cuûa electron. Coù theå chöùng minh raèng ñoä daøi böôùc töï do tyû leä nghòch vôùi nhieät ñoä: ky l= 2πNkT Trong ñoù: ky: Heä soá ñaøn hoài . N: Maät ñoä nguyeân töû . k: Haèng soá Boltzmann. T: Nhieät ñoä Baûng 1.1: Ñoä daøi böôùc töï do cuûa electron trong moät soá kim loaïi ôû 00C ( ñôn vò A0) Giaû thieát treân moät ñôn vò theå tích ( laø moät khoái vuoâng coù ñoä daøi laø 1 ñôn vò ) cuûa vaät chaát coù n haït mang ñieän; giaù trò ñieän tích cuûa moãi haït laø e. Toång ñieän tích töï do treân ñôn vò theå tích laø ne. Tích cuûa vetb vôùi ne cho ta soá löôïng ñieän tích ôû moät ñôn vò thôøi gian qua moät ñôn vò maët caét cuûa vaät theå, hay ñoù laø maät ñoä doøng ñieän: ne 2 l J= ne vetb = E = γE 2v t m Ñaây laø coâng thöùc tính cho moät electron. Neáu xeùt taùc ñoäng cuûa ñieän tröôøng leân taäp hôïp caùc electron töï do thì vaän toác trung bình seõ lôùn hôn côõ hai laàn. Khi ñoù: ne 2 l γ= vt m Nhö vaäy ñieän daãn suaát (do ñoù ñieän trôû suaát vaø ñieän trôû ) cuûa kim loaïi khoâng phuï thuoäc ñieän aùp ñaët leân noù. Giaû thieát ñoäng naêng chuyeån ñoäng nhieät cuûa electron tuaân theo ñònh luaät chuyeån ñoäng nhieät cuûa khí lyù töôûng, ta coù: mvt2 3 = kT 2 2 Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  5. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 5 3kT vt = m ne 2 l γ= 3mkT 1 3mkT ρ= = γ ne 2 l Vaäy khi nhieät ñoä taêng leân thì ñieän trôû cuûa kim loaïi caøng taêng. Vaät lyù löôïng töû hieän ñaïi ñöa ra nhöõng coâng thöùc chính xaùc hôn nhöng baûn chaát vaán ñeà khoâng thay ñoåi. Giaû söû ta quan saùt moät theå tích ñôn vò döôùi taùc ñoäng cuûa ñieän tröôøng E E Ve vuoâng goùc vôùi moät maët cuûa khoái vuoâng ( hình1.3 ). Maät ñoä doøng ñieän trong kim loaïi Ve ñöôïc xaùc ñònh baèng: J = ne vetb (1.1) Hình 1.3 Maët khaùc: U I= R I = J.S U= E.l l R= ρ. S Sau khi ñôn giaûn, ta coù: E J= = E. γ (1.2) ρ Töø (1.1) vaø (1.2) ta coù: vetb γ = ne (1.3) E vetb Tæ soá μ = ñöôïc goïi laø ñoä linh ñoäng (mobility) cuûa haït mang ñieän, ñôn vò cuûa E μ laø: m / s m2 = V / m V .s Coâng thöùc (1.3) ñöôïc vieát theo daïng sau: γ = n.e. μ Goïi τ laø thôøi gian trung bình giöõa 2 laàn va ñaäp , ta coù : vetb = eEτ /m Vaäy : μ =vetb / E = eτ /m Baûng 1.2 Ñoä linh ñoäng ñieän töû μe (m2 / V.s ) cuûa moät soá kim loaïi Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  6. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 6 1.1.3 Ñieän trôû suaát cuûa kim loaïi Trong caùc kim loaïi coù caáu truùc hoaøn thieân, nguyeân nhaân duy nhaát haïn cheá ñoä daøi böôùc töï do laø dao ñoäng nhieät cuûa caùc nguyeân töû ôû caùc nuùt tinh theå. Roõ raøng laø khi nhieät ñoä taêng thì bieân ñoä dao ñoäng nhieät cuûa caùc nguyeân töû taêng theo laøm taêng söï taùn xaï cuûa caùc electron, töùc laøm taêng ñieän trôû. Söï thay ñoåi cuûa ñieän trôû suaát khi nhieät ñoä thay ñoåi 10 C ñöôïc goïi laø heä soá thay ñoåi ñieän trôû suaát theo nhieät ñoä: 1 dρ α= ρ dT Trong mieàn tuyeán tính, ta coù ρ T = ρ 0 [1 + α (T − T0 )] Ô ñoù ρ 0 ñieän trôû suaát ôû nhieät ñoä ban ñaàu T0 ρ ñieän trôû suaát ôû nhieät ñoä T Trong ñoù α laø heä soá thay ñoåi ñieän trôû suaát theo nhieät ñoä ñoái vôùi vaät lieäu töông öùng vaø öùng vôùi nhöõng khoaûng nhieät ñoä ñöôïc nghieân cöùu. Heä soá α gaàn nhö gioáng nhau ñoái vôùi caùc kim loaïi tinh khieát vaø coù trò soá gaàn ñuùng baèng 4.10 −3 (1/ o C). Trong thieân nhieân khoâng toàn taïi tinh theå coù caáu truùc hoaøn thieän. ÔÛ ñieàu kieän thöïc teá thöôøng xuyeân coù loãi naøy hay loãi khaùc. Nhöõng khaùc bieät naøy goïi chung laø khuyeát taät. Maëc duø noàng ñoä khuyeát taät cuûa nhöõng nguyeân töû khoâng lôùn nhöng söï thay ñoåi tính chaát vaät lyù cuûa maïng tinh theå raát lôùn. Ñieän trôû toång cuûa kim loaïi laø toång cuûa ñieän trôû gaây ra bôûi söï taùn xaï cuûa electron treân dao ñoäng nhieät cuûa caùc nuùt maïng ρ t vaø ñieän trôû dö ρ du do söï taùn xaï cuûa caùc electron leân caùc khuyeát taät: ρ kl = ρ t + ρ du AÛnh höôûng lôùn nhaát trong vieäc taïo ñieän trôû dö laø söï taùn xaï treân taïp chaát (luoân toàn taïi ôû daïng chaát baån hay hôïp kim). Chuù yù raèng baát kyø taïp chaát naøo pha vaøo ñeàu laøm taêng ñieän trôû suaát, thaäm chí neáu taïp chaát ñoù coù ñieän daãn suaát lôùn hôn kim loaïi ban ñaàu (ví duï: Pha 0.01% Ag vaøo daây ñoàng seõ laøm taêng ñieän trôû suaát leân 0.002μΩ.m) a. Ñieän trôû R: laø quan heä giöõa hieäu ñieän theá khoâng ñoåi ñaët ôû hai ñaàu cuûa daây daãn vaø cöôøng ñoä doøng ñieän moät chieàu taïo neân trong daây daãn ñoù. Ñieän trôû cuûa daây daãn ñöôïc tính theo coâng thöùc: ( hình 1.4) l R =ρ R S S R: ñieän trôû (Ω) ρ : ñieän trôû suaát ( Ω .m). Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  7. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 7 l: chieàu daøi daây daãn (m) l S: tieát dieän daây daãn(mm2) Hình 1.4 Ñieän daãn G cuûa moät ñoaïn daây daãn laø ñaïi löôïng nghòch ñaûo cuûa ñieän trôû: 1 G= R 1 Ñieän daãn ñöôïc tính vôùi ñôn vò = Ω −1 = S Ω b. Ñieän trôû suaát ρ : laø ñieän trôû cuûa daây daãn coù chieàu daøi laø moät ñôn vò chieàu daøi vaø tieát dieän laø moät ñôn vò dieän tích. Ñieän daãn suaát γ : laø ñaïi löôïng nghòch ñaûo cuûa ñieän trôû suaát. 1 γ= ρ Ñieän daãn suaát ñöôïc tính theo: m/ Ω .mm 2 hay Ω -1cm-1 Baûng 1.3 Ñieän daãn suaát (conductivity) cuûa: kim loaïi (metals), chaát caùch ñieän (insulators), chaát baùn daãn (semiconductors). Heä soá thay ñoåi ñieän trôû suaát theo nhieät ñoä α : Ñieän trôû suaát cuûa kim loaïi vaø cuûa nhieàu hôïp kim taêng theo nhieät ñoä. ÔÛ nhieät ñoä söû duïng t 2 ñieän trôû suaát seõ ñöôïc tính toaùn xuaát phaùt töø nhieät ñoä t 1 theo coâng thöùc: ρ (t 2 ) = ρ (t 1 )[1 + α (t 2 - t 1 )] Theo thöïc nghieäm thì ña soá kim loaïi ôû nhieät ñoä phoøng coù α = 0,004(1/0C) Heä soá thay ñoåi cuûa ñieän trôû suaát theo aùp suaát: Khi keùo hoaëc neùn ñaøn hoài, ñieän trôû suaát cuûa kim loaïi bieán ñoåi theo coâng thöùc: ρ = ρ o(1 ± p σ ). Daáu “+” öùng vôùi khi bieán daïng do keùo, daáu “-“ do neùn. ÔÛ ñaây, σ : ÖÙng suaát cô khí cuûa maãu. p: Heä soá thay ñoåi cuûa ñieän trôû suaát theo aùp suaát. 1.1.4 Hôïp kim a. Caáu taïo cuûa hôïp kim Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  8. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 8 Hôïp kim laø saûn phaåm cuûa söï naáu chaûy hai hay nhieàu nguyeân toá maø nguyeân toá chuû yeáu laø kim loaïi vaø hôïp kim coù tính chaát cuûa kim loaïi. Trong thaønh phaàn cuûa hôïp kim coù theå coù moät löôïng nhoû caùc nguyeân toá aù kim, thí duï theùp laø hôïp kim cuûa saét vaø cacbon. Hôïp kim ñöôïc cheá taïo chuû yeáu baèng caùch naáu chaûy, ngoaøi ra cuõng coù theå baèng caùc phöông phaùp khaùc nhö: ñieän phaân, thieâu keát… b. Tính chaát chung cuûa hôïp kim * Tính chaát lyù hoïc cuûa hôïp kim: Hôïp kim coù tính chaûy loaõng, tính daãn nhieät, tính giaõn daøi khi ñoát noùng, veû saùng maët ngoaøi, ñoä daãn ñieän, ñoä thaåm töø …… - Tính noùng chaûy: Hôïp kim coù tính chaûy loaõng khi ñoát noùng vaø ñoâng ñaëc laïi laøm nguoäi. Nhieät ñoä öùng vôùi hôïp kim chuyeån töø theå ñaëc sang theå loûng hoaøn toaøn goïi laø ñieåm noùng chaûy. - Tính daãn nhieät: laø tính chaát truyeàn nhieät cuûa hôïp kim khi bò ñoát noùng hoaëc laøm laïnh. Khi hôïp kim coù tính chaát daãn nhieät toát thì caøng deã ñoát noùng nhanh vaø ñoàng ñeàu, cuõng nhö caøng deã nguoäi laïnh nhanh. - Tính giaõn nôû nhieät: Khi ñoát noùng, caùc hôïp kim giaõn nôû ra vaø khi nguoäi laïnh noù co laïi. Söï giaõn nôû naøy caàn ñaët bieät chuù yù trong nhieàu tröôøng hôïp cuï theå. - Tính nhieãm töø: Chæ coù moät soá kim loaïi coù tính nhieãm töø, töùc laø noù bò töø hoùa sau khi ñöôïc ñaët trong moät töø tröôøng. Tính nhieãm töø cuûa theùp vaø gang phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn vaø caû vaøo toå chöùc beân trong cuûa kim loaïi nöõa, do ñoù tính nhieãm töø khoâng phaûi laø coá ñònh ñoái vôùi moãi loaïi vaät lieäu. * Tính chaát hoùa hoïc: Tính chaát hoùa hoïc bieåu thò khaû naêng cuûa hôïp kim choáng laïi taùc duïng hoùa hoïc cuûa caùc moât tröôøng coù hoaït tính khaùc nhau. Tính chaát hoùa hoïc cuûa hôïp kim bieåu thò ôû 2 daïng chuû yeáu: Tính choáng aên moøn: laø khaû naêng choáng laïi söï aên moøn cuûa hôi nöôùc hay oâxy cuûa khoâng khí ôû nhieät ñoä thöôøng hoaëc nhieät ñoä cao. Tính chòu axit: laø khaû naêng choáng laïi taùc duïng cuûa caùc moâi tröôøng axit. *Tính cô hoïc: Tính chaát cô hoïc cuûa hôïp kim goïi laø cô tính, laø khaû naêng choáng laïi taùc duïng cuûa löïc beân ngoaøi leân hôïp kim. Cô tính cuûa hôïp kim bao goàm: ñoä ñaøn hoài, ñoä beàn, ñoä deûo, ñoä cöùng, ñoä dai va chaïm ……… *Tính chaát coâng ngheä: laø khaû naêng maø hôïp kim coù theå thöïc hieän ñöôïc caùc phöông phaùp coâng ngheä ñeå saûn xuaát caùc saûn phaåm. Tính coâng ngheä bao goàm: tính caét goït, tính haøn, tính reøn, tính ñuùc, tính nhieät luyeän. Tính nhieät luyeän laø khaû naêng laøm thay ñoåi ñoä cöùng, ñoä beàn, ñoä deûo … cuûa hôïp kim baèng caùch nung noùng hôïp kim tôùi nhieät ñoä nhaát ñònh, giöõ ôû nhieät ñoä ñoù moät thôøi gian, roài sau ñoù laøm nguoäi hôïp kim theo moät cheá ñoä nhaát ñònh. Trong kyõ thuaät thöôøng söû duïng nhöõng hôïp kim coù caáu truùc dung dòch raén; khi hình thaønh dung dòch raén thì maïng tinh theå cuûa kim loaïi ñöôïc baûo toaøn nhöng chu kyø cuûa maïng laïi thay ñoåi. Gioáng nhö kim loaïi, ñieän trôû cuûa hôïp kim laø toång ñieän trôû cuûa caùc thaønh phaàn ρ hk = ρ t + ρ Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  9. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 9 Trong ñoù : ρ t ñieän trôû do söï taùn xaï cuûa electron leân dao ñoäng nhieät cuûa maïng. ρ ñieän trôû do söï taùn xaï cuûa electron leân söï khoâng ñoàng nhaát cuûa hôïp kim. Ñaëc ñieåm cuûa dung dòch raén laø ρ coù theå lôùn hôn nhieàu laàn so vôùi ρ t Ñoái vôùi nhöõng hôïp kim goàm 2 thaønh phaàn A, B söï phuï thuoäc cuûa ρ vaøo thaønh phaàn ñöôïc moâ taû bôûi phöông trình parabol: ρ =C.xa.xb = C.xa.(1-xb) Trong ñoù: C: Haèng soá phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa moãi hôïp kim. xa ,xb thaønh phaàn nguyeân töû cuûa caùc kim loaïi A,B. Ta thaáy ρ seõ taêng khi ta taêng nguyeân töû B vaøo A hoaëc taêng nguyeân töû A vaøo B; ρ ñaït giaù trò cöïc ñaïi cuûa mình khi soá löôïng caùc thaønh phaàn baèng nhau xa = xb= 0.5 Trong dung dòch loaõng khi moät trong caùc thaønh phaàn (ví duï nhö B) coù noàng ñoä raát thaáp vaø coù theå coi nhö laø taïp chaát (1-xb =1) thì ta coù söï phuï thuoäc tuyeán tính cuûa ρ vaøo noàng ñoä nguyeân töû ρ = CxA Moät soá phöông phaùp thöû kim loaïi vaø hôïp kim Phöông phaùp Brinell: Xaùc ñònh ñoä cöùng cuûa kim loaïi: töùc laø khaû naêng choáng laïi söï luùn cuûa beà maët kim loaïi taïi choã ta aán vaøo ñoù moät vaät cöùng hôn. Ñoä cöùng Brinell 2P P HB = = F ΠD.( D − D 2 − d 2 ) Trong ñoù: P: Löïc ñaët vaøo bò (kg) F: Dieän tích maët loõm (mm2) d: Ñöôøng kính cuûa veát loõm (mm) Duøng 1 vieân bi caàu baèng theùp ñaõ toâi cöùng coù ñöôøng kính D = 2,5; 5; 10 … mm aán vaøo beà maët vaät caàn thöû vôùi moät löïc P nhaát ñònh. Tæ soá giöõa löïc P vaø dieän tích maët loõm F goïi laø ñoä cöùng Brinell cuûa vaät HB [kg/mm2]. Thöû keùo: Thöû keùo laø quaù trình thöû ñeå xaùc ñònh cô tính cuûa kim loaïi. Khi thöû keùo ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc ñoä beàn, ñoä ñaøn hoài vaø ñoä deûo cuûa kim loaïi.( Hình 1.5) Hình 1.5 Thöû keùo -Ñoä beàn: laø khaû naêng cuûa kim loaïi choáng laïi taùc duïng cuûa löïc beân ngoaøi maø khoâng bò phaù huûy. Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  10. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 10 -Ñoä ñaøn hoài: laø khaû naêng cuûa kim loaïi coù theå thay ñoåi hình daïng döôùi taùc duïng cuûa löïc beân ngoaøi roài trôû laïi nhö cuõ khi boû löïc taùc duïng. -Ñoä deûo: laø khaû naêng bieán daïng cuûa kim loaïi döôùi taùc duïng cuûa löïc beân ngoaøi maø khoâng bò phaù huûy, ñoàng thôøi vaãn giöõ ñöôïc söï bieán daïng khi boû löïc taùc duïng beân ngoaøi. Ñoä deûo ñöôïc ñaùnh giaù baèng ñoä giaõn daøi töông ñoái vaø ñoä thaét tæ ñoái l1 − l0 σS = 100% -Ñoä giaõn daøi töông ñoái l0 l0: Chieàu daøi tính toaùn ban ñaàu cuûa maãu thöû l1: Chieàu daøi tính toaùn luùc sau cuûa maãu thöû F0 − F1 Ψ= 100% -Ñoä thaét tæ ñoái F0 F0: Tieát dieän cuûa maãu tröôùc khi keùo F1: Tieát dieän cuûa maãu thöû taïi choã ñöùt Kim loaïi caøng deûo thì ñoä giaõn daøi töông ñoái σ S vaø ñoä thaét tæ ñoái caøng lôùn. Hình 1.6 Bieåu ñoà keùo ÖÙng suaát taïi PP coù theå coi gaàn ñuùng nhö giôùi haïn ñaøn hoài cuûa vaät lieäu. ÖÙng suaát taïi traïng thaùi öùng vôùi S ñöôïc goïi laø giôùi haïn chaûy cuûa vaät lieäu. Vò trí ñieåm P öùng vôùi traïng thaùi taûi troïng cuûa giôùi haïn beàn khi keùo vaät lieäu. Treân bieåu ñoà keùo cuûa theùp ta coù theå xaùc ñònh giaù trò cuûa giôùi haïn beàn, giôùi haïn chaûy, giôùi haïn ñaøn hoài. Töø ñoù xaùc ñònh ñöôïc ñoä deûo cuûa theùp. 1.1.5. Ñieän trôû maøng kim loaïi moûng Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  11. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 11 Maøng kim loaïi ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong kyõ thuaät ñieän töû: chuùng laøm daây noái giöõa caùc phaàn töû tieáp xuùc, baûn cöïc cuûa tuï ñieän … Tính chaát cuûa maøng kim loaïi moûng coù theå khaùc nhieàu so vôùi tính chaát cuûa kim loaïi khoái ban ñaàu, maø cuï theå laø seõ ñieän trôû suaát taêng leân do xuaát hieän hieäu öùng kích thöôùc laøm giaûm ñoä daøi böôùc töï do cuûa electron, ñoù laø heä quaû cuûa söï phaûn xaï töø beà maët cuûa maøng; ôû nhieät ñoä phoøng söï taùn xaï beà maët naøy cuûa electron gaây aûnh höôûng raát maïnh leân phaàn lôùn maøng kim loaïi moûng neáu ñoä daøy cuûa chuùng nhoû hôn 200 -300A0. Ñeå ñaùnh giaù tính daãn cuûa maøng kim loaïi ta söû duïng tham soá ñieän trôû hình vuoâng (hay ñieän trôû maët RS): l RS = ρ l = ρl = ρ w y A yw y Trong ñoù ρ : Ñieän trôû suaát cuûa maøng moûng. y: Ñoä daøy cuûa maøng moûng. l vaø w laø caùc caïnh cuûa hình vuoâng (l=w). A = yw laø tieát dieän (hình 1.7) Hình 1.7 Ñieän trôû cuûa maøng kim loaïi coù beà roäng w, daøi l ( l > w) laø : l ρ l Rs l w R= = (hình 1.8) yw w y Hình 1.8 Ñieän trôû suaát cuûa maøng kim loaïi moûng phuï thuoäc vaøo ñoä daøy y cuûa noù theo qui ⎛ l⎞ luaät: ρ y = ρ ⎜1 + 0 ⎟ ⎜ y⎟ ⎝ ⎠ trong ñoù l0 laø ñoä daøi böôùc töï do cuûa electron. Hình 1.9 Söï phuï thuoäc cuûa ñieän trôû suaát maøng kim loaïi moûng vaøo ñoä daøy cuûa noù. Ñeå saûn xuaát ñieän trôû maøng moûng thöôøng phaûi söû duïng nhöõng maøng coù ñieän trôû maët côõ 500-1000(Ω/hình vuoâng); caùc vaät lieäu thöôøng duøng laø nhöõng kim loaïi khoù noùng chaûy nhö W, Mo, Cr, hôp kim cuûa Ni vôùi Cr…, ñieän trôû maøng moûng laøm töø Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  12. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 12 nhöõng kim loaïi saïch thöôøng ñöôïc öa chuoäng hôn, vì chuùng coù thaønh phaàn khoâng ñoåi neân baûo ñaûm ñöôïc tính ñoàng nhaát cuûa caáu truùc laøm taêng tính oån ñònh cuûa caùc tính chaát ñieän cuûa ñieän trôû. 1.1.6. Hieän töôïng tieáp xuùc vaø söùc nhieät ñieän ñoäng Khi cho 2 kim loaïi khaùc nhau tieáp xuùc thì giöõa chuùng coù moät hieäu theá tieáp xuùc, nguyeân nhaân sinh ra hieäu theá tieáp xuùc laø do coâng thoaùt cuûa moãi kim loaïi khaùc nhau neân soá electron töï do trong moãi kim loaïi khaùc nhau seõ khoâng baèng nhau (Hình 1.10). Theo lyù thuyeát, hieäu theá tieáp xuùc UAB giöõa 2 kim loaïi A ,B laø: kT n A UAB = UB –UA = ln e nB Trong ñoù: UA,UB laø hieäu theá tieáp xuùc cuûa 2 kim loaïi A vaø B. nA,nB laø soá electron trong 1 ñôn vò theå tích cuûa 2 kim loaïi A vaø B. T: Nhieät ñoä choã tieáp xuùc. k : Haèng soá Bolzmann. Hieäu theá tieáp xuùc cuûa caùc caëp kim loaïi dao ñoäng töø vaøi phaàn möôøi ñeán vaøi voân. Hình 1.10 Hieän töôïng tieáp xuùc Neáu nhieät ñoä 2 moái haøn nhö nhau thì toång caùc hieäu theá trong maïch kín baèng 0. Neáu 2 moái haøn coù nhieät ñoä T1 vaø T2 khaùc nhau thì khi ñoù xuaát hieän söùc nhieät ñieän ñoäng: kT1 n A kT2 n B k n B U=UAB + UBA = UB –UA + UA –UB = + = ln (T2 –T1) ln ln e nB e nA e nA U= α T (T2 − T1 ) nB k Trong ñoù: α T = ln laø heä soá söùc nhieät ñieän ñoäng. e nA Ta thaáy söùc nhieät ñieän ñoäng laø haøm soá cuûa hieäu soá nhieät ñoä. Nhö vaäy neáu duøng 2 kim loaïi coù söùc nhieät ñieän ñoäng lôùn thì coù theå duøng caëp nhieät ngaãu ñeå ño nhieät ñoä (nhieät ñoä cuûa 1 moái haøn ñöôïc giöõ ôû giaù trò khoâng ñoåi vaø bieát tröôùc goïi laø nhieät ñoä chuaån T1 = Tref, nhieät ñoä Tc cuûa moái haøn thöù hai khi ñaët trong moâi tröôøng nghieân cöùu seõ ñaït giaù trò Tx chöa bieát ) Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  13. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 13 1.2 Vaät lieäu daãn ñieän (VLDÑ) 1.2.1 Phaân loaïi Trong vaät lyù, hoùa hoïc vaø trong kyõ thuaät VLDÑ ñöôïc phaân loaïi theo caùc caùch khaùc nhau. Moät trong caùc sô ñoà phaân loaïi VLDÑ theo thaønh phaàn, tính chaát vaø öùng duïng ñöôïc daãn ra nhö sau: Hình 1.11 Phaân loaïi vaät lieäu daãn ñieän Kim loaïi vaø hôïp kim vôùi caùc öùng duïng khaùc nhau coù theå keå ñeán : -Kim loaïi khoù noùng chaûy. -Kim loaïi quí . -Kim loaïi vôùi nhieät ñoä noùng chaûy trung bình. -Kim loaïi vôùi nhieät ñoä noùng chaûy thaáp, vaät lieäu haøn. 1.2.2 Vaät lieäu coù tính daãn ñieän cao Vaät lieäu thuoäc nhoùm naøy laø vaät lieäu coù ñieän trôû suaát ôû ñieàu kieän bình thöôøng khoâng vöôït quaù 0.1μΩm. Thoâng duïng nhaát trong soá naøy laø ñoàng vaø nhoâm. a. Ñoàng (Cu) Ñoàng coù caáu truùc tinh theå laø loaïi laäp phöông dieän taâm. Thoâng soá maïng a=3,61A0, soá nguyeân töû trong 1 oâ cô baûn nv = 4, maät ñoä nguyeân töû N = ne = nv / a3. Ñieän daãn suaát raát cao (chæ sau baïc Ag), cô tính lôùn, choáng ñöôïc söï aên moøn cuûa khoâng khí nhôø lôùp oâxit CuO baûo veä, tính ñaøn hoài cao. Maøu saéc ñoû nhaït, deã daùt moûng (giaáy ñoàng coù theå moûng ñeán 0,0008mm), coù söùc beàn lôùn khi bò va ñaäp, coù khaû naêng gaén vaø haøn deã daøng. Ñoàng khoâng nhieãm töø. Tính chaát cô hoïc cuûa ñoàng phuï thuoäc vaøo möùc ñoä tinh khieát trong noù. Hôïp kim ñoàng goàm nhieàu vaät lieäu seõ laøm taêng ñieän trôû suaát vì vaäy vieäc söû duïng hôïp kim ñoàng ñöôïc haïn cheá, chæ cheá taïo ñoái vôùi nhöõng chi tieát coù yeâu caàu cô khí cao hoaëc ôû nhöõng chi tieát maø ñieän trôû khoâng ñoùng vai troø quan troïng. Hôïp kim cuûa ñoàng vôùi cadimi Cd, Al, Sn, Ni, Zn seõ taêng söùc beàn khi keùo vaø taêng tính chòu nhieät. Nhö vaäy, caùc öu ñieåm cuûa Cu laøm cho noù ñöôïc duøng roäng raõi ñeå laøm vaät daãn laø: Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  14. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 14 - Ñieän trôû suaát beù, chæ lôùn hôn Ag nhöng do Ag ñaét tieàn hôn neân ít ñöôïc söû duïng. - Coù söùc beàn cô hoïc lôùn. - Coù theå chòu ñöôïc taùc duïng cuûa söï aên moøn (ñoàng chæ bò oxi hoaù nhieàu ôû nhieät ñoä cao, coøn khi laøm vieäc trong moâi tröôøng coù ñoä aåm cao Cu bò oxi hoaù chaäm hôn so vôùi Fe). - Deã gia coâng: Caùn moûng thaønh laù, keùo thaønh sôïi… - Deã haøn, noái … Ñoàng coù nhieàu loaïi: m Ñoàng tieâu chuaån : Laø loaïi ñoàng coù ñieän daãn suaát γ = 58 hay ρ =0,017 Ωmm 2 Ωmm 2 m Ñieän daãn cuûa Cu coù theå thay ñoåi raát maïnh khi coù taïp chaát. Ví duï neáu trong ñoàng coù 0.5%Zn, Cd, Mg thì ñieän daãn cuûa Cu coù theå giaûm ñi 5%, vaø neáu cuõng coù chöøng ñoù caùc chaát Ni, Sn, Al thì coù theå giaûm ñeán 25%-40%; coøn neáu coù taïp chaát Ba, As, P, Si thì coù theå ñeán 55%. Vì vaäy ñeå laøm vaät daãn thöôøng chæ duøng ñoàng ñieän phaân chöùa 99,9% Cu; neáu coù oâxi thì ñoàng seõ bò gioøn. Ñoàng khoâng coù oâxi: Laø ñoàng coù ñoä beàn cô hoïc raát toát, trong noù khoâng chöùa quaù 0.05% taïp chaát vaø trong löôïng taïp chaát aáy thì löôïng oâxi khoâng quaù 0.02%. Ñoàng cöùng: coù söùc beàn cao, ñoä giaõn daøi beù, raén vaø ñaøn hoài khi uoán. Ñoàng meàm: ñöôïc nung noùng xong ñeå nguoäi, noù ít raén, söùc beàn cô hoïc keùm, ñoä daõn khi ñöùt raát lôùn, ñieän daãn suaát cao. Caû 2 loaïi ñeàu coù heä soá thay ñoåi ñieän trôû suaát theo nhieät ñoä nhö nhau. Veà coâng duïng thì ñoàng cöùng duøng ôû nôi naøo caàn coù söùc beàn cô hoïc cao, ñoä raén lôùn chòu ñöôïc söï maøi moøn coøn ñoàng meàm thì ñöôïc duøng ôû nôi naøo caàn coù ñoä uoán lôùn vaø söùc beàn cô giôùi khoâng ñaùng keå. Hằng số vật lý và các tính chất hoá học: Baûng 1.4 Giôùi thieäu caùc tính chaát vaät lyù hoaù hoïc cuûa ñoàng ñieän phaân Ñaëc tính Ñôn vò ño löôøng Chæ tieâu Troïng löôïng rieâng ôû 20oC Kg/dm3 8,90 Ñieän trôû suaát ôû 20oC 2 Ω mm /m - Daây meàm - 0,01748 - Daây cöùng - 0,01786 1/oC - Heä soá thay ñoåi cuûa ñieän trôû suaát theo 0,00393 nhieät ñoä (ôû 0oC – 150oC ) -Nhieät daãn suaát W/cm.grd 3,92 Calo/cm.s.grd 0,938 o -Nhieät ñoä noùng chaûy C 1083 -Nhieät löôïng rieâng trung bình ôû 25oC Kcal/Kg.grd 0,0918 Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  15. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 15 o -Ñieåm soâi ôû 760mm coät thuyû ngaân C 2325 -Heä soá giaõn nôû daøi trung bình ôû 20oC 16,42.10-6 1/ñoä (grd) o -Nhieät ñoä keát tinh laïi C 200 -Moâñun ñaøn hoài, E 13000 -Söùc beàn ñöùt khi keùo Kg/mm2 -Daây meàm 21 Kg/mm2 -Daây cöùng 45 -Keùo daøi (rieâng) ngang khi ñöùt % 50 (meàm) 2 (cöùng) Kg/mm2 -Ñoä cöùng Brinell -Meàm 35 uû nhieät -Cöùng 95 cöùng Theá ñieän hoaù so vôùi H V +0,34 Caùc hôïp kim cuûa ñoàng : Hôïp kim ñoàng thöôøng gaëp laø ñoàng thanh vaø ñoàng thau. Ñoàng thanh: coù töø 3% ñeán 25% Zn vaø coù theå pha theâm moät soá taïp chaát khaùc… Người ta dùng đồng thanh để gia công các vòng cổ góp điện, các giá đỡ chổi than các khung, các tiếp điểm, các vòng cung… Đồng thanh còn được sử dụng cho việc chế tạo các dây dẫn viễn thông các đường dây trên không và các dây dẫn tải điện, chế tạo máy và các khí cụ điện, để gia công các chi tiết dùng để nối dây dẫn điện, dùng để giữ dây, vòng đầu dây và các đế đai vit, đai ốc cho hệ thống nối đất… Ngoaøi vieäc duøng ñoàng tinh khieát ñeå laøm vaät daãn, ngöôøi ta coøn duøng caùc hôïp kim cuûa ñoàng trong ñoù coù caùc chaát nhö Sn, Si, P,Cr, Mn, Cd vôùi haøm löôïng ít, loaïi naøy coù teân laø ñoàng ñoû (Bronze); tuøy theo taïp chaát pha theâm vaøo, ñoàng ñoû coù tính chaát cô hoïc cao hay thaáp so vôùi ñoàng thöôøng: söùc beàn chòu keùo cuûa ñoàng ñoû coù theå ñaït ñeán 80(kg/mm2) -135(kg/mm2); ñieän trôû suaát lôùn hôn so vôùi ñoàng thuaàn tuyù, ñoàng ñoû thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå laøm caùc loø xo daãn ñieän. Ñoàng thanh cadimi: Neáu trong ñoàng coù Cd thì hôïp kim coù ñoä beàn cô hoïc, ñieän daãn vaø ñoä raén cao; loaïi naøy coù tính daãn ñieän cao nhaát duøng ñeå cheá taïo daây daãn cho taøu ñieän, caùc coå goùp ñieän, voøng tröôït, laøm ñaàu tieáp xuùc caùc phieán ñoàng trong coå goùp cuûa maùy ñieän. Ñoàng thanh phoátpho: coù ñoä beàn cao vaø tính ñaøn hoài lôùn. Do tính daãn ñieän thaáp neân duøng ñeå saûn xuaát caùc chi tieát loø xo caàn maät ñoä doøng ñieän beù. Ñoàng thanh coù tính deã ñuùc cao neân duøng trong caùc chi tieát daãn ñieän coù hình daùng phöùc taïp. Ñoàng thau (Latun): Đồng thau là một hợp kim đồng với kẽm, trong đó kẽm không vượt quá 46%… Dùng để gia công các chi tiết dẫn điện như: các đầu cực ở các bảng điện phân phối, các nối phân cách, các đầu nối đến hệ thống tiếp đất, các móc giữ, các móc hình chữ T cho các mối nối nhánh, các đế đèn, các ổ cắm điện…. ñoàng thau coù ñieän trôû suaát cao hôn so vôùi ñoàng, coù theå chòu ñöôïc caùc quaù trình gia coâng neân thöôøng ñöôïc duøng ñeå cheá taïo caùc chi tieát coù ñoä beàn cao nhö roto loàng soùc Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  16. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 16 trong ñoäng cô ñieän, caùc chi tieát nhö vít, choát, khoùa, laøm caùc chi tieát daãn ñieän trong voâ tuyeán ñieän. Baûng 1.5 So saùnh caùc tham soá cuûa ñoàng, ñoàng thanh, ñoàng thau Ñoàng Ñoàng thanh Ñoàng thau 1,75.10-6 1,92. 10-6 7. 10-6 Ñieän trôû suaát p [Ωcm] Nhieät daãn suaát λ [w/cm.0C] 3,9 0,54 ñeán 0,43 0,83 ñeán 1,17 Nhieät löôïng rieâng C [w.s/g.0C] 0,39 Troïng löôïng rieâng γ [g/cm3] 8,9 7,4 8,3 Ñoä cöùng Brinell HB [kg/mm2] 35/ 95 80/ 200 40/120 ÖÙng suaát keùo ñöôïc σkñ [kg/mm2] 21/45 50/ 85 18/ 50 ÖÙng suaát cho pheùp σcp [kg/mm2] 18 Nhieät ñoä noùng chaûy (0C) 900 ñeán 1200 850 ñeán 920 b. Nhoâm(Al) Nhoâm daãn ñieän toát chæ sau Ag, Cu, Au, nhoâm coù ñieän trôû suaát ρ = 2,9.10-6 Ωcm, noù daãn nhieät toát λ = 3,12 w/cm.0C, töông ñoái nheï γ = 2,7 g/cm3. Nhoâm chòu aên moøn toát do coù lôùp oxit Al2O3 baûo veä. Nhoâm deã daùt moûng, keùo daøi vaø töông ñoái meàm, coù ñieåm noùng chaûy thaáp (tnc=6800C ). Ñoä beàn cô hoïc thaáp, khoù haøn, deã bò taùc duïng vôùi muoái nöôùc, HCl, NaOH ñaäm ñaëc. Nhoâm laø loaïi vaät lieäu thöù hai sau ñoàng söû duïng raát roäng raõi; noù laø loaïi vaät lieäu coù maøu baïc, traéng vaø laø moät kim loaïi nheï ( neáu 2 daây daãn ñoàng vaø nhoâm baèng nhau veà ñoä daøi, baèng nhau veà ñieän trôû thì maëc duø nhoâm coù tieát dieän lôùn hôn 1,68 laàn, ñöôøng kính lôùn hôn 1,3 laàn nhöng noù laïi nheï hôn ñoàng gaàn 2 laàn); coøn caùc heä soá giaõn nôû nhieät, nhieät dung, nhieät löôïng ñeå cho chaûy thì lôùn hôn ñoàng (do ñoù ñeå cho nhoâm chuyeån sang traïng thaùi loûng caàn nhieàu nhieät naêng hôn so vôùi ñoàng, tuy raèng ñieåm noùng chaûy cuûa nhoâm thaáp hôn ñoàng); ñieän trôû suaát cuûa nhoâm gaáp 1,6 laàn ñoàng; nhoâm laïi coù nhieàu trong thieân nhieân, giaù thaønh reû hôn ñoàng (khi thay daây caàn chuù yù ñeán vieäc giaù thaønh cuûa caùch ñieän tæ leä vôùi chu vi cuûa tieát dieän neân coù khi duøng nhoâm seõ ñaét hôn so vôùi ñoàng). Nhöôïc ñieåm cuûa nhoâm laø coù ñoä beàn cô hoïc thaáp vaø khoù haøn so vôùi ñoàng. Nhoâm coù tính deûo lôùn neân coù theå saûn xuaát thaønh laù, daây, thanh, giaáy nhoâm. Nhoâm nguyeân chaát duøng laøm baûn cöïc cho tuï ñieän, voû boïc baûo veä daây caùp thay cho chì vì coù tính meàm deûo, choáng aên moøn toát. Cuõng nhö ñoàng, nhoâm ñöôïc söû duïng roäng raõi trong kyõ thuaät laøm daây daãn, laøm duïng cuï gia ñình… Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  17. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 17 Nhoâm deã bò oxi hoùa vaø khi ñoù seõ hình thaønh lôùp oâxi moûng coù ñieän daãn beù coù taùc duïng baûo veä khoâng cho nhoâm bò tieáp tuïc aên moøn, nhöng laïi laøm cho choã tieáp xuùc coù ñieän trôû lôùn, khoâng cho pheùp tieán haønh haøn nhoâm baèng phöông phaùp thoâng thöôøng (khi haøn nhoâm phaûi duøng que haøn ñaëc bieät hay phöông phaùp sieâu aâm). Lôùp oâxit nhoâm daøy coù theå duøng laøm caùch ñieän, do ñoù khi duøng nhoâm ñaõ bò oxi hoaù ñeå laøm cuoän daây thì coù theå khoâng duøng caùch ñieän giöõa caùc voøng daây vaø caùc lôùp daây, nhöôïc ñieåm chính cuûa caùch ñieän loaïi naøy laø haïn cheá tính deûo vaø coù tính huùt aåm cao. Trong thöïc teá ñoái vôùi nhoâm caàn chuù yù ñeán hieän töôïng aên moøn ñieän phaân choã tieáp xuùc giöõa ñoàng vaø nhoâm. Neáu choã tieáp xuùc bò aåm thì ôû ñaây seõ xuaát hieän moät söùc ñieän ñoäng coù chieàu sao cho doøng ñieän ñi töø nhoâm sang ñoàng, do ñoù phaàn nhoâm ôû choã tieáp xuùc bò aên moøn raát nhieàu; vì vaäy choã tieáp xuùc giöõa ñoàng vaø nhoâm caàn chuù yù baûo veä choáng aåm (queùt sôn). OÂxit nhoâm söû duïng roäng raõi trong kyõ thuaät cheá taïo tuï ñieän, boä naén vaø caùc boä choáng seùt. Nhoâm laø vaät lieäu deã phun thaønh buïi vaø keát dính vôùi Si vaø maøng caùch ñieän töø SiO2 söû duïng trong kyõ thuaät baùn daãn. Baûng 1.6 Caùc haèng soá vaät lyù vaø hoaù hoïc chính cuûa nhoâm Tính chaát Ñôn vò ño Chæ tieâu o Kg/dm3 -Troïng löôïng rieâng ôû 20 C 2,7 -Ñieän trôû suaát ôû 20 oC -6 Ω .cm.10 2,941 -Ñieän daãn suaát ôû 20 oC -1 -1 -6 Ω cm .10 0,34 1/oC -Heä soá thay ñoåi cuûa ñieän daãn suaát theo 0,004 nhieät ñoä ôû 20 oC -Nhieä daãn suaát ôû 20 oC W/cm. oC 2,1 (cal/cm.s.ñoä) 0,503 o -Nhieät ñoä noùng chaûy bình thöôøng C 657 -Nhieät löôïng rieâng trung bình Kcal/kg 0,2259 -Nhieät löôïng noùng chaûy tieàm taøn rieâng Kcal/kg 93 -Ñieåm soâi ôû 760 mm coät thuyû ngaân Ñoä 2270 1/ oC 23,8.10-6 -Heä soá daõn nôû daøi trung bình (20 – 100oC) 250-300 -Nhieät ñoä taùi taïo tinh theå ñoä 7200 kg/mm2 -Moâñun ñaøn hoài 9 meàm kg/mm2 -Söùc beàn ñöùt khi keùo 17 cöùng -Ñoä giaõn daøi rieâng khi keùo % 45 -Ñoä cao töông ñoái % 80 kg/mm2 -Ñoä cöùng Brinell 22 Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  18. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 18 Baûng1.7 Tính chất cơ học của nhoâm Trạng thái vật liệu Đơn vị đo Cứng Tính chất cơ học lường Mềm – ñã Đúc (k éo) không ủ nhiệt được ủ nhiệt kg/mm2 -Sức bền đứt khi kéo 9-12 15-25 8 -11 kg/mm2 -Giôùi hạn đàn hồi - -3 - 4 kg/mm2 - 12-24 5-8 -Giới hạn chảy % 11-25 4-8 32-40 -Độ giãn dài tương đối % - 50-60 70-90 -Độ co ngót tương đối kg/mm2 24-32 40-55 15-25 -Ñoä cöùng Brinell kg/mm2 - 10 6 -Sức bền khi cắt kg/mm2 42 - - -Sức bền khi nén Hôïp kim cuûa nhoâm: Trong kyõ thuaät thöôøng duøng nhoâm coù chöùa taïp chaát khoâng quaù 0,5% ñeå laøm caùc laù nhoâm, ñieän cöïc, voû cuûa caùc tuï ñieän … Caùc taïp chaát laøm giaûm tính daãn ñieän cuûa nhoâm. Neáu trong nhoâm coù chöùa khoaûng 0,5% ( Ni, Si, Zn, Fe, Pb) thì ñieän daãn suaát giaûm khoâng quaù 2% -3%; neáu trong nhoâm chöùa Cu, Ag hay Mg thì tính daãn giaûm 5%-10%. Ñieän daãn cuûa nhoâm coøn giaûm maïnh hôn nöõa khi taïp chaát laø Ti, Mn. Trong nhoâm kyõ thuaät taïp chaát chuû yeáu laø Fe vaø Si. - Hôïp kim Aldrey: coù khoaûng 0,4% Mg, 0,5% Si, 0,3% Fe. Ñieän trôû suaát ρ = 0,0317Ωmm / m , ñoä beàn cô hoïc gaàn baèng ñoàng nhöng nheï nhö 2 nhoâm nguyeân chaát neân ñöôïc duøng laøm ñöôøng daây taûi ñieän treân khoâng coù khoaûng caùch giöõa caùc coät lôùn. - Nhoâm kyõ thuaät A, E: coù löôïng taïp chaát nhoû hôn 0,5%, ñöôïc uû meàm ôû nhieät ñoä töø 330oC ñeán 3700C ñöôïc duøng laøm daây daãn coù ñieän trôû suaát nhoû. - Nhoâm A-97: chöùa khoâng quaù 0,03% taïp chaát - Nhoâm A-999: löôïng taïp chaát nhoû ≈ 0.001% - Nhoâm kyõ thuaät: coù chöùa taïp chaát chuû yeáu laø Fe vaø Si. Caùc taïp chaát laøm giaûm tính daãn ñieän cuûa nhoâm laø Ni, Si, Zn, Fe, Pb … cöù 0,5% löôïng taïp chaát seõ laøm giaûm ñieän daãn suaát 2% ñeán 3%, ñoàng laøm giaûm 5% ñeán 10%, Mn giaûm hôn 10 %. Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  19. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 19 Ngoaøi ra, ngöôøi ta coøn duøng nhieàu loaïi daây nhoâm loõi theùp ñeå laøm daây taûi ñieän. Loaïi naøy ñoä beàn cô do loõi theùp quyeát ñònh, coøn tính daãn ñieän do nhoâm. Ñöôøng kính ngoaøi cuûa daây nhoâm loõi theùp lôùn hôn so vôùi daây ñoàng. Khi duøng laøm daây taûi ñieän treân khoâng, vôùi ñieän aùp cao, coù theå giaûm ñöôïc toån thaát do phaùt sinh vaàng quang ñieän ôû beà maët daây daãn. - Hôïp kim nhoâm ñuùc: coù ñieän trôû suaát cao ñeå ñuùc roto loàng soùc coù heä soá tröôït cao, coù moment khôûi ñoäng cao, ñuùc caùc ñoäng cô nhieàu toác ñoä vaø caùc ñoäng cô coù nhöõng coâng duïng ñaëc bieät khaùc. 1.2.3. Kim loaïi vaø hôïp kim sieâu daãn ÔÛ nhiệt độ xác định (Tc) điện trở của một chất đột ngột biến mất, nghĩa là chất đó cho phép dòng điện chảy qua trong trạng thái không có điện trở, trạng thái đó được gọi là trang thái siêu dẫn. Chất có biểu hiện trang thái siêu dẫn được gọi là chất siêu dẫn. VD: Ñeán nhieät ñoä Tc = 40K, ñieän trôû suaát cuûa thuûy ngaân ñoät ngoät giaûm ñeán 0. Vôùi daây daãn baèng chì tieát dieän 1mm2 ôû nhieät ñoä Tc = 7,260C, doøng ñieän ñaït ñöôïc I=1250A, J=109A/m2, lôùn hôn maät ñoä doøng ñieän cöïc ñaïi ñaït ñöôïc trong kyõ thuaät haøng traêm laàn maø vaät daãn khoâng bò noùng. Nhiệt độ mà tại đó điện trở hoàn toàn biến mất được gọi là nhiệt độ tới hạn hoặc nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn (Tc). Hình 1.12 Điện trở VLSD biến mất khi nhiệt độ T=Tc ÔÛ traïng thaùi sieâu laïnh caùc electron xuaát hieän moät tính chaát löôïng töû: hieân töôïng xuyeân haàm (tunnel effect); ñoù laø hieän töôïng caùc haït coù theå vöôït moät raøo theá naêng maø vôùi naêng löôïng bình thöôøng noù coù thì khoâng theå naøo vöôït qua ñöôïc neáu xeùt trong phaïm vi cô hoïc coå ñieån cuûa Newton. Theo cô hoïc löôïng töû caùc electron coù theå hình dung nhö laø söï keát hôïp coù tính thoáng keâ cuûa caû hai tính chaát soùng – haït. ÔÛ traïng thaùi sieâu daãn nhöõng soùng – haït ñieän töû coù khaû naêng vöôït qua moät raøo theá U lôùn hôn naêng löôïng W cuûa haït, vaø khi thöïc hieän ñöôïc ñieàu naøy thì coù moät doøng ñieän khoâng bò caûn laïi (töùc laø bò maát naêng löôïng döôùi daïng nhieät ) nhö trong söï daãn ñieän thoâng thöôøng. -Nhöõng vaät lieäu khoâng coù tính sieâu daãn : Kim loaïi hoùa trò 1 , chaát saét töø vaø chaát khaùng töø thöôøng khoâng coù tính sieâu daãn. Chöông 1: VAÄT LIEÄU DAÃN ÑIEÄN
  20. BAØI GIAÛNG VAÄT LIEÄU KYÕ THUAÄT ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ Trang 20 -Traïng thaùi sieâu daãn bò phaù huûy khi ôû trong töø tröôøng maïnh. Giaù trò cöôøng ñoä töø tröôøng luùc naøy (kyù hieäu H0) phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä. + Khi nhieät ñoä T=Tc thì H0=0. (hình 1.11) + Khi nhieät ñoä T tieán daàn veà 00K thì H0 laïi taêng daàn leân ñeán giaù trò H0 (0) naøo ñoù (ñoái vôùi chì H0(0)=0,08); haøm soá chæ phuï thuoäc vaøo H0 ñöôïc cho bôûi: ⎡ ⎛ T ⎞2 ⎤ H 0 (T ) = H 0 (0) ⎢1 − ⎜ ⎟ ⎥ ⎜⎟ ⎢ ⎝ TC ⎠ ⎥ ⎣ ⎦ Hình 1.13 Söï phuï thuoäc Ho vaøo nhieät ñoä Khi H > H0 thì khoâng coù hieän töôïng sieâu daãn ôû baát kyø nhieät ñoä naøo. Traïng thaùi sieâu daãn coøn bò phaù huûy khi doøng ñieän I lôùn hôn giaù trò I0= 2 Π r H0(T) vôùi r laø baùn kính daây daãn. -Vaät lieäu sieâu daãn loaïi tröø töø thoâng (VLSD khoâng nhieãm töø) Hình 1.14 a)Töø thoâng xuyeân qua daây daãn b) Töø thoâng bò ñaåy khoûi daây daãn thöôøng ôû ñieàu kieän baèng vaät lieäu sieâu daãn khi T>Tc ; H < H0 T
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2